混凝土防滲墻施工技術在都勻綠茵湖水庫除險加固工程中的應用

1、工程簡介

綠茵湖水庫位于長江流域沅江水系清水江支流邦水河上游，壩址以上河長19.6km，集雨面積62.2m2，總庫容18807/m3，是一座以防洪為主的中型水庫，完成時壩高37 m，屬混合式心墻壩，洪水限制水位847.2m水庫于1958年開始修建，1962年工程完工后存在嚴重問題，主要包括大壩上游壩坡變形、下游排水棱體失效破壞、泄洪隧洞過流斷面較小、溢洪道垮塌嚴重和右壩內輸水管閘閥損壞等，每年汛期水庫只能臨時蓄水，但下游壩面浸潤線較高，四十年水庫一直未能正常發揮效益，經安全鑒定后，安全類別為三類壩，需要進行除險加固。

1.1 工程地質

工程區位于川黔徑向構造帶南段，區域內主要出露地層除中晚奧陶系、早晚志留系、上三迭系、侏羅系、白堊系及第三系沉積外，其余均有分布，主要為溶蝕浸蝕地形。

壩區出露地層上游主要為寒武系白云巖，下游主要為奧陶系桐梓組白云巖。壩區水文地質條件復雜，特別是右岸巖溶發育，有溶洞、落水洞等，左岸地質條件相對較好，巖石多裸露，巖體完整性好。

1.2 氣象及工程交通條件

都勻市屬中亞熱帶季風濕潤氣候，多年平均氣溫15.9℃，汛期降雨量占全年降水量的66.5%。場外交通較為便利，據都勻市4km，321國道從大壩右岸通過。場內臨時交通道路也較為方便，壩頂開挖后，建造施工平臺，即可作臨時道路，總計長度約2km。

2、總體方案

2.1 施工方法

本工程防滲墻的工程量為4800m2，是本除險加固工程施工的關鍵路線工序，擬采取目前國內較為有效的“沖擊反循環”嵌巖。覆蓋層(壩體及壩基)主要為粘土，相對比較有利于防滲墻成槽過程中及混凝土澆筑之前孔壁的穩定。

根據對防滲墻的施工經驗以及多次在類似地區進行的施工方法，擬定本防滲墻工程總體施工方案為:

(一)、“兩鉆一抓法”快速成槽，在施工開始，進行“鉆抓法”成槽試驗，采用較為適宜的工藝，以充分發揮各種設備的優勢，盡可能提高功效。泥漿護壁，及時監控泥漿各項性能指標，確?？妆诜€定;泥漿下直升套管法澆筑混凝土;按照設計要求，采用“套打法”進行墻段連接。

根據場地的具體情況，需先行在原壩頂進行土方開挖施工，施工區域內將壩頂開挖至854.5m高程，迎水側坡度為1:2.5，精確測量定位后，按要求建造導向槽，將CZF-1200型沖擊反循環鉆機和抓斗布置在防滲墻軸線的下游側，所占的施工平臺最小寬度為8m，用碎石、粘土碾壓密實，然后鋪上方木和輕軌，現澆O.2m厚，距防滲墻軸線7m寬、坡度為5%的c15素混凝土，再砌筑1m-50#漿砌石作為排漿排水溝，場內的運輸道路使用施工平臺，擬將ZX-200型泥漿凈化裝置系統，水、漿、輸混凝土管等布置在防滲墻軸線的迎水側，施工平臺最小寬度為3m，施工平臺總寬度為1lm，其橫斷面如圖示。

2.2 防滲墻主要參數

其主要參數為:“鉆抓法”施工成槽，墻厚0.8m，成墻面積4800m2，最大墻深42m，墻體材料為塑性混凝土，防滲墻的中心線偏差應小于3cm，成墻厚度、槽孔壁平整垂直，孔斜率小于0.4%，Ⅰ、Ⅱ期槽孔連接處，在任一深度均保證搭接墻厚的要求;

物理力學指標為:抗壓強度為，彈性模量，滲透系數;

塑性混凝土防滲墻施工物理特性指標為:混凝土入孔塌落度為18-22cm，擴散度為34-40，混凝土初凝時間不大于6h，終凝時間24h。

固壁泥漿原材料:(1)、粘土:密度1.1-1.2g/cm3，漏斗粘度18-25S，含沙量小于5%;(2)膨潤土:密度1.1g/cm3，漏斗粘度30-70S，含沙量小于5%。

3、防滲墻施工

3.1 施工程序

Ⅰ期槽孔的成槽施工先鉆進主孔至終孔深度，抓斗抓取附孔至基巖面以后，剩余的基巖部分由沖擊反循環鉆機完成。Ⅰ期槽孔的終端混凝土鉆鑿后形成Ⅱ期槽孔的端孔，其余部分成槽同于Ⅰ期槽孔，清孔換漿結束之前需洗刷接頭。

3.2 現場生產性試驗

為了驗證擬定施工設備的適應性，生產定額、槽孔劃分方案的可行性、泥漿護壁效果、混凝土施工性能、工藝的可行性等有關參數，為防滲墻正式施工進行技術儲備，經申報監理人同意后，在合適的位置進行現場生產性試驗，試驗段軸線長度23.3m，包括兩個Ⅰ期槽孔和一個Ⅱ期槽孔，槽孔劃分如圖

針對本工程的特性，試驗主要內容如下:

1.泥漿配合比試驗及護壁效果分析;2.混凝土配合比試驗及施工性能驗證;3.鉆抓法成槽工藝試驗;

4.澆筑工藝試驗; 5.接頭采用套打一鉆工藝試驗。依據試驗結果擬定設備、工藝參數與實際情況有出入進行適當調整，確保防滲墻正式開工后，能優質、高效進行。

3.3 槽段劃分

槽段劃分方案，根據施工總體方案確定，經監理人同意后，根據生產試驗結果進行調整，為減少接頭數量，需增加槽段長度，但為了保證孔壁安全，初步擬定Ⅰ期槽段長度為8.3m;Ⅱ期長度為8.3m。

3.4 泥漿護壁

優質泥漿有利于成槽時孔壁穩定，以及混凝土澆筑質量的控制，擬采用膨潤土泥漿護壁，保證泥漿質量，加強原材料質量檢測，配合比調試，泥漿回收管理的各環節工作。

3.4.1 新制泥漿配比

新制泥漿配比如下圖

3.4.2 泥漿性能指標泥漿性能指標見下表

新制膨潤土泥漿膨化24h后才能使用，不同階段對泥漿性能進行不同項目的檢測。

3.5 成槽工藝

3.5.1 “兩鉆一抓法”槽段劃分

按技術要求“兩鉆一抓法”的槽段劃分如上圖示

3.5.2 成槽質量

標準不低于設計要求，孔位偏差不大于3cm，孔斜率不大于0.4%，如遇含有孤石、漂石的地層及基巖面傾斜度較大等特殊情況時，孔斜率不大于0.6%以內，孔深符合設計要求。

3.5.3 成槽工藝說明

根據工程實際要求，可采用“兩鉆一抓法”成槽，即先施工Ⅰ期槽孔的4個主孔，然后再抓取主孔間的副孔，抓至基巖面后，利用沖擊反循環鉆機沖擊入巖，或使用8-10t的重鑿沖擊破壞巖石，再利用抓斗將巖石碎塊抓出。

成槽深度按勘探孔解釋的地層分界及設計嵌入弱風化基巖不小于1m確定，成槽過程中。接近基巖面開始留取基巖鉆渣樣品，進行巖樣鑒定，以確定最終成槽深度。

3.6 終孔及清孔驗收

槽孔終孔后，進行孔位、孔深及孔形全面檢查驗收，合格后進行清孔換漿。清孔采用“抓斗抓取法”和“泵吸反循環法”，因槽底淤積較厚.先用“抓斗抓取法”抓取沉渣，再用“泵吸反循環法”抽出槽內含砂量超標或其它性能指標不符合清孔要求的泥漿，經凈化裝置處理后返回槽孔，同時向槽孔內補充新鮮泥漿，對于被嚴重污染的泥漿予以放棄，換漿量約為槽內泥漿的1/3。

Ⅱ期槽孔清孔換漿結束前，用刷子鉆頭分段洗刷Ⅰ期槽孔端頭的泥皮和地層殘留物，以刷子鉆頭上基本不帶泥屑，孔底淤積不再增加為合格標準。

根據規程規范要求，清孔換漿1h后應達到下列標準:槽底淤積厚度不大于lOcm，粘土泥漿槽內密度不大于1.3g/cm3，漏斗粘度不大于30S，含砂量不大于10%。

3.7 預埋PVC灌漿管

預埋PVc灌漿管為108mm采用固定架固定，另在PVc管內下設一個89mm的鋼管，以增加管的剛度，定位架在垂直方向的間距為10cm，底部距槽底2cm，底部纏過濾網防止混凝土進入管內。

預埋灌漿管是墻下帷幕灌漿的關鍵工序，為保證其埋設的成功率，在施工中注意下列事項:

3.7.1 確保成槽質量，槽孔平面位置、尺寸應在設計允許偏差范圍內，槽孔偏斜率應在設計范圍內，槽孔的不同斷面、不同深度不允許出現明顯扭曲，如遇特殊情況，則在征得監理人同意后，相應調整預埋管的間距和定位架的結構，以免下設后被卡住。

灌漿管的加工應根據槽孔底部輪廓進行，避免出現下設過程中一部分灌漿管擱置槽底、另外一部分懸空的情況，槽孔底部存在臺階時應考慮調整調點的位置，起吊后重心和吊點應在同一豎直線上。

定位架及灌漿管連接牢固，不可能變形。

起吊及下設應使用具有足夠起吊能力的起重設備，下設時應對準槽孔徐徐下放，禁止猛擲猛放。

3.8 墻體材料及澆筑

3.8.1 混凝土控制指標及參考配合比

本防滲墻墻體混凝土主要指標要求達到如下要求:

強度等級c10，抗滲標號s6，設計28d抗壓強度3.5Mpa，彈性模量750Mpa，滲透系數10-7-10-6cm/s，泌水率小于3%，出機口坍落度18cm-20cm，擴散度34-40cm，初凝時間8h，終凝時間不大于48h，參考配合比如下表;

3.8.2 原材料技術指標

原材料使用前應取得出廠合格證明，并按相關標準進行抽樣檢測，技術指標如下:

水泥:使用強度等級不低于32.5(R)的硅酸鹽水泥，品質應滿足國標要求。

砂:采用人工機制砂，含泥量，粘泥含量不大于1%。

骨料:最大粒徑小于40，含泥量小于1%，不允許有泥團。

外加劑:減水劑、防水劑和加氣劑等的質量和摻加量應經試驗確定。

3.8.3 混凝土拌制、輸送及澆筑

混凝土拌制過程中，用電子秤進行準確稱量后加入，外加劑配制成溶液按設計配比摻量加入。拌制時觀察熟料的稠度、均勻性和和易性，合格后放人儲料斗。拌制好的熟料采用混凝土泵輸送至澆筑槽口，經分料斗和溜槽將混凝土輸送至澆筑漏斗，澆筑導管均勻放料，有利于保證混凝土面均勻上升。

混凝土澆筑采用泥漿下直升導管法。導管下設及導管起拔均按規范要求控制。采用壓球法開澆，以減小開澆時砼快速下落與泥漿的絮凝反應。根據拌和系統的生產能力、混凝土輸送能力以及槽孔水平斷面尺寸等相關因素，可確?；炷撩?-6m/h上升速度。

3.9 墻段連接

按設計要求，墻段間連接采用套打一鉆法。

套打一鉆法即將Ⅰ期槽孔的端孔混凝土用沖擊鉆機鉆鑿成接頭孔，待Ⅱ期槽段建造完畢，經驗收合格后，用專用的鋼絲刷鉆頭刷洗孔壁，合格后，進行清孔換漿等下一道工序。

4、預防措施

4.1 特殊過程

防滲墻施工項目的混凝土拌和與澆筑兩項過程在施工結束后，質量情況不能通過檢驗或試驗得到完全驗證，是否存在缺陷只能在工程投入使用后才能暴露出來，因此屬于特殊過程，需加強施工過程中的控制。

4.2 預防措施

4.2.1 預防漏漿、承壓水及塌孔

本工程覆蓋層主要為粘土，有利于成槽過程中的孔壁穩定。成槽過程中，首先應使用優質膨潤土泥漿護壁，根據地層情況，如果在大漏失量地層成槽時，適當加大泥漿比重，并向槽內加入粘土，然后利用鉆頭或重鑿沖擊擠密地層，每擠密一層后，再正常鉆進或抓取進尺。如此循環，直至穿過漏失地層。這樣施工既可以保證槽孔安全，又有利于提高成槽工效。

4.2.2 預防漂石、孤石對成槽工效及質量的不良影響

在成槽過程中，如遇漂石、孤石以及堅硬基巖等，影響成槽工效時，可用抓斗提升8-10t重鑿沖砸，以避免孔斜超標、加快成槽速度。

4.2.3 預防施工質量事故

嚴格控制槽段端孔孔位及孔形，孔位偏差不大于3cm，開孔不得壓向Ⅱ期槽孔。成槽厚度宜控制在80cm-90cm，端孔鉆進時，嚴格控制鉆頭直徑，以免接頭孔混凝土澆筑時超徑過多。

5、質量檢查驗收和資科整理

工程質量檢查及驗收分施工過程和竣工后兩個階段，施工中的控制、檢查和驗收如上所述，每一道工序的驗收資料及時分類整理，及時上報監理。主要包括:測量放樣成果、泥漿攪拌記錄、成槽造孔記錄、槽孔驗收、混凝土攪拌及澆筑等階段的質量記錄、混凝土試件的試驗報告等等，竣工階段的檢查、驗收將按監理工程師要求的方法進行，并提供相應的驗收資料。

6、結 語

6.1 防滲墻加深在工藝上的可行性及經濟上的合理性

綠茵湖水庫是貴州省利用混凝土防滲墻進行除險加固的第一個工程，素有“貴州第一墻”的稱呼，根據都勻綠茵湖除險加固工程中大壩壩基防滲方案，采用混凝土防滲墻以減少或取消大壩區段帷幕灌漿在技術上是可行性。與帷幕灌漿相比，該加深措施具有在經濟上可減少投資、質量上更加有保證的優點。

6.2 防滲墻深槽施工在水電工程中的應用前景

隨著西部水利水電開發力度的不斷加大，在新建和對需進行除險加固的老壩建造混凝土防滲墻的工程項目會增加，本工程在類似地層中實施深墻施工方面積累了寶貴的經驗，同時也為我們在施工設備及工藝更新方面獲得了一定的經驗。